KR20130075656A - 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 이면이 거칠어져 있어도 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여, 내부에 적정한 개질층을 형성할 수 있는 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
표면에 격자형으로 형성된 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 내부에, 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 웨이퍼의 가공 방법으로서, 웨이퍼의 이면에서의 스트리트에 대응하는 영역의 면 거칠기를 계측하여, 면 거칠기맵을 작성하는 면 거칠기맵 작성 공정과, 웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 스트리트를 따라 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정을 포함하고, 개질층 형성 공정은, 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 참조하여 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어한다.

Description

웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치{WAFER PROCESSING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 표면에 격자형으로 형성된 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼를 스트리트를 따라 개개의 디바이스로 분할하는 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판형인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 디바이스를 제조하고 있다. 또한, 사파이어 기판이나 탄화규소 기판의 표면에 질화갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광 디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라 절단함으로써 개개의 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스로 분할되어, 전기 기기에 널리 이용되고 있다.
웨이퍼를 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 이용하여, 분할하여야 할 영역의 내부에 집광점을 맞추어 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법이 시도되어 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 웨이퍼의 이면측으로부터 내부에 집광점을 맞추어, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 스트리트를 따라 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 연속적으로 형성하고, 이 개질층이 형성됨으로써 강도가 저하된 스트리트를 따라 외력을 가함으로써, 웨이퍼를 개개의 디바이스로 분할하는 것이다.(예컨대, 특허문헌 1 참조)
특허문헌 1: 일본 특허 제2001-96764호 공보
그렇게 하여, 웨이퍼의 표면에 형성된 디바이스의 전극이 웨이퍼의 이면에 달하도록 형성된, 소위 TSV라고 불리는 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼의 이면으로부터 전극을 돌출시키기 위해, 웨이퍼의 이면을 에칭하는 경우가 있다. 이와 같이 웨이퍼의 이면을 에칭하면, 이면이 Ra 0.02∼0.1 ㎛의 범위에서 거칠어지기 때문에, 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하면, 레이저 광선의 투과가 부분적으로 방해되어, 적정한 개질층을 형성할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 웨이퍼의 이면이 거칠어져 있어도 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여, 내부에 적정한 개질층을 형성할 수 있는 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 데 있다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 표면에 격자형으로 형성된 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 내부에, 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 웨이퍼의 가공 방법으로서,
웨이퍼의 이면에서의 스트리트에 대응하는 영역의 면 거칠기를 계측하여, 면 거칠기맵을 작성하는 면 거칠기맵 작성 공정과,
웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 스트리트를 따라 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정을 포함하고,
상기 개질층 형성 공정은, 상기 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 참조하여, 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)과 직교하는 인덱싱 이송 방향으로 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 척 테이블의 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단과, 상기 X축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Y축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 레이저 광선 조사 수단에 장비되며 조사하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 피가공물의 레이저 광선이 조사되는 측의 입사면에 있어서의 가공 영역의 면 거칠기 데이터에 기초한 면 거칠기맵과, 상기 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 기억하는 메모리를 구비하며, 피가공물의 입사면측으로부터 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 가공 영역의 내부에 집광점을 위치시켜 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 때에, 상기 면 거칠기맵과 상기 적정 출력맵을 참조하여 상기 출력 조정 수단을 제어하여 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 있어서, 웨이퍼의 이면에서의 스트리트에 대응하는 영역의 면 거칠기를 계측하여, 면 거칠기맵을 작성하는 면 거칠기맵 작성 공정과, 웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 스트리트를 따라 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정을 포함하고, 개질층 형성 공정은, 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 참조하여, 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하기 때문에, 웨이퍼의 이면이 거칠어져 있어도, 웨이퍼에는 내부에 스트리트를 따라 적정한 개질층이 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서는, 피가공물의 레이저 광선이 조사되는 측의 입사면에서의 가공 영역의 면 거칠기 데이터에 기초한 면 거칠기맵과, 상기 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 기억하는 메모리를 구비하고, 피가공물의 입사면측으로부터 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 가공 영역의 내부에 집광점을 위치시켜 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 때에, 면 거칠기맵과 적정 출력맵을 참조하여 출력 조정 수단을 제어하여 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하기 때문에, 피가공물의 레이저 광선이 조사되는 측의 입사면이 거칠어져 있어도, 피가공물의 가공 영역의 내부에는 적정한 개질층이 형성된다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치를 구성하는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 따라 가공되는 반도체 웨이퍼의 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 반도체 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프에 점착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 있어서의 면 거칠기맵 작성 공정의 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 있어서의 면 거칠기맵 작성 공정의 설명도이다.
도 8은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 메모리에 저장되는 적정 출력맵을 나타내는 설명도이다.
도 9는 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 있어서의 개질층 형성 공정의 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도를 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표(X)로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 X축 방향과 직교하는 화살표(Y)로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표(Z)로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 미끄럼 이동 블록(32)과, 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 미끄럼 이동 블록(33)과, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 흡착 척(361) 상에 피가공물인, 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를, 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된, 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정시키기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.
상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있으며, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 이 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된, 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 미끄럼 이동 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 설치되어 제1 미끄럼 이동 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)를 포함하고 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내어, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.
상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)을 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 이 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된, 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 미끄럼 이동 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치는, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 인덱싱 가공 이송량, 즉 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 설치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 미끄럼 이동 블록(33)에 설치되어 제2 미끄럼 이동 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)를 포함하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내어, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 화살표(Y)로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함하고 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 이 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된, 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된, 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 마련된 한쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상방으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하방으로 이동시키도록 되어 있다.
도시된 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질상 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(521)을 포함하고 있다. 이 레이저 광선 조사 수단(52)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다.
도시된 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 케이싱(521) 내에 설치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(523)과, 상기 출력 조정 수단(523)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(524)를 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)은, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진기(522a)와, 펄스 레이저 광선 발진기(522a)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(522b)으로 구성되어 있다. 상기 출력 조정 수단(523)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 정해진 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)의 펄스 레이저 광선 발진기(522a), 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523)은, 도시하지 않는 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.
상기 집광기(524)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(523)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을, 척 테이블(36)의 유지면을 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러(524a)와, 상기 방향 변환 미러(524a)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(524b)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 집광기(524)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 케이싱(521)의 선단에 장착된다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공하여야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)이 설치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 도 3에 나타내는 제어 수단(8)을 구비하고 있다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(82)와, 후술하는 제어맵이나 피가공물의 설계값의 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 카운터(84)와, 입력 인터페이스(85) 및 출력 인터페이스(86)를 구비하고 있다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(85)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384) 및 촬상 수단(6) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(86)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52)의 펄스 레이저 광선 발진기(522a), 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523) 등에 제어 신호를 출력한다.
다음에, 전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여 실시하는 웨이퍼의 가공 방법에 대해서 설명한다.
도 4의 (a) 및 (b)에는, 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법에 따라 가공되는 반도체 웨이퍼의 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도를 나타내고 있다. 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 반도체 웨이퍼(10)는, 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 표면(10a)에 격자형으로 형성된 스트리트(101과 102)에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스(103)가 형성되어 있다. 반도체 웨이퍼(10)의 표면(10a)에 형성된 복수개의 디바이스(103)에는 복수개의 스터드 범프(전극)(104)가 형성되어 있고, 이 복수개의 스터드 범프(전극)(104)는 표면(10a)으로부터 이면(10b)에 도달하도록 매설되어 있다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 에칭 처리되어 복수개의 스터드 범프(전극)(104)가 이면(10b)으로부터 약간 돌출되어 있다. 이와 같이 에칭 처리된 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)은 거칠어져, 면 거칠기가 Ra 0.02 ㎛∼0.1 ㎛로 되어 있다.
이하, 레이저 가공 장치(1)를 이용하여 광 디바이스 웨이퍼(10)의 내부에 스트리트(101 및 102)를 따라 파단의 기점이 되는 개질층을 형성하는 가공 방법에 대해서 설명한다.
우선, 도 5에 나타내는 바와 같이 환형의 프레임(F)에 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에 반도체 웨이퍼(10)의 표면(10a)을 점착한다(웨이퍼 점착 공정). 따라서, 다이싱 테이프(T)의 표면에 점착된 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 상측이 된다.
전술한 웨이퍼 점착 공정을 실시하였다면, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 있어서의 스트리트(101)에 대응하는 영역의 면 거칠기를 계측하여, 면 거칠기맵을 작성하는 면 거칠기맵 작성 공정을 실시한다. 이 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)에서의 스트리트(101 및 102)에 대응하는 영역의 면 거칠기의 계측은, 예컨대 가부시키가이샤 미츠토요에 의해 제조 판매되고 있는 평가형 표면 거칠기 측정기 서프테스트 SV2100을 이용할 수 있다.
이하, 면 거칠기맵 작성 공정의 일례에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
우선, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(101)가 X축 방향과 평행하게 되도록 셋트하고, 스트리트(101a)로부터 스트리트(101n)를 따라 면 거칠기를 계측한다. 그리고, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 각 스트리트(101a)로부터 스트리트(101n)에서의 XY 좌표에 대응한 면 거칠기를 설정한 면 거칠기맵(1)을 작성한다.
다음에, 반도체 웨이퍼(10)를 90도 회전시켜, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(102)가 X축 방향과 평행하게 되도록 셋트하고, 스트리트(102a)로부터 스트리트(102n)를 따라 면 거칠기를 계측한다. 그리고, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이 각 스트리트(102a)로부터 스트리트(102n)에서의 XY 좌표에 대응한 면 거칠기를 설정한 면 거칠기맵(2)을 작성한다.
이상과 같이 하여 작성된 도 6의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(1) 및 도 7의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(2)은, 상기 레이저 가공 장치(1)에 장비된 제어 수단(8)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장된다. 또한, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에는, 면 거칠기에 대응하여 적정한 개질층을 형성할 수 있는 레이저 광선의 출력을 설정한, 도 8에 나타내는 적정 출력맵이 저장된다. 도 8에 나타내는 적정 출력맵은, 종축이 면 거칠기(㎛)를 나타내고, 횡축이 펄스 레이저 광선의 펄스 에너지(μJ)를 나타내고 있다. 이러한 면 거칠기에 대응하여 적정한 개질층을 형성할 수 있는 레이저 광선의 출력은, 실험에 의해 구한다.
전술한 바와 같이 도 6의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(1) 및 도 7의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(2)과 도 8에 나타내는 적정 출력맵을, 상기 레이저 가공 장치(1)에 장비된 제어 수단(8)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장하였다면, 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에, 반도체 웨이퍼(10)의 다이싱 테이프(T)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시킴으로써, 다이싱 테이프(T)를 통하여 반도체 웨이퍼(10)를 척 테이블(36) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 상측이 된다.
전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치되면, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(8)에 의해, 광 디바이스 웨이퍼(10)의 레이저 가공하여야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(8)은, 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(101)와, 스트리트(101)를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)와의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다(얼라인먼트 공정). 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(102)에 대해서도, 마찬가지로 얼라인먼트 공정을 실시한다. 이때, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101 및 102)가 형성되어 있는 표면(10a)은 하측에 위치하고 있지만, 촬상 수단(6)이 전술한 바와 같이 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성된 촬상 수단을 구비하고 있기 때문에, 이면(10b)으로부터 투과하여 스트리트(101 및 102)를 촬상할 수 있다.
이상과 같이 하여 얼라인먼트 공정을 실시하였다면, 도 9의 (a)에서 나타내는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 정해진 스트리트(101)의 일단(도 9의 (a)에 있어서 좌단)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기(524)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 두께 방향 중간부에 맞춘다. 집광기(524)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 위치에 위치시키기 위해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제2009-63446호 공보에 기재되어 있는 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치 검출 장치를 이용하여, 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면의 높이 위치를 검출하고, 검출된 반도체 웨이퍼(10)의 상면의 높이 위치를 기준으로 하여 집광점 위치 조정 수단(53)을 작동시킴으로써 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 정해진 위치에 위치시킨다. 다음에, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)로부터 반도체 웨이퍼(10)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에 있어서 화살표(X1)로 나타내는 가공 이송 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 9의 (b)에서 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)의 조사 위치에 스트리트(101)의 타단(도 9의 (b)에 있어서 우단)이 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고, 척 테이블(36)의 이동을 정지한다(개질층 형성 공정). 이 개질층 형성 공정에 있어서 제어 수단(8)은, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장되어 있는 상기 도 6의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(1) 및 도 8에 나타내는 적정 출력맵을 참조하여, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 스트리트(101)에 대응하는 영역에 있어서의 XY 좌표에 대응한 면 거칠기에 대응하여 설정된 레이저 광선의 적정 출력(펄스 에너지)을 구한다. 그리고, 제어 수단(8)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력이 적정 출력(펄스 에너지)이 되도록 출력 조정 수단(523)을 제어한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 면 거칠기가 Ra 0.02 ㎛∼0.1 ㎛의 범위여도, 반도체 웨이퍼(10)에는 도 9의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이 내부에 스트리트(101)를 따라 적정한 개질층(110)이 형성된다.
상기 개질층 형성 공정에 있어서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
광원: 반도체 여기 고체 레이저(Nd:YAG)
파장: 1064 ㎚
반복 주파수: 80 ㎑
평균 출력: 0.1 W∼0.7 W
펄스 에너지: 1.25 μJ∼8.75 μJ
집광 스폿 직경: φ1 ㎛
가공 이송 속도: 100 ㎜/초
이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 연장되는 모든 스트리트(101)를 따라 상기 개질층 형성 공정을 실시하였다면, 척 테이블(36)을 90도 회전시켜, 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 형성된 각 스트리트(102)를 따라 상기 개질층 형성 공정을 실시한다. 이 스트리트(102)를 따라 개질층 형성 공정을 실시하는 경우에는, 제어 수단(8)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장되어 있는 상기 도 7의 (b)에 나타내는 면 거칠기맵(2) 및 도 8에 나타내는 적정 출력맵을 참조하여, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 스트리트(102)에 대응하는 영역에 있어서의 XY 좌표에 대응한 면 거칠기에 대응하여 설정된 레이저 광선의 적정 출력(펄스 에너지)을 구하고, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력이 적정 출력(펄스 에너지)이 되도록 출력 조정 수단(523)을 제어한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 면 거칠기가 Ra 0.02 ㎛∼0.1 ㎛의 범위여도, 반도체 웨이퍼(10)에는 내부에 스트리트(102)를 따라 적정한 개질층이 형성된다.
전술한 개질층 형성 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(10)는, 내부에 개질층(110)이 형성된 스트리트(101 및 102)를 따라 분할하는 분할 공정으로 반송된다.
이상, 본 발명을 도시된 실시형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지의 범위에서 여러가지 변형은 가능하다. 예컨대, 실시형태에 있어서는 면 거칠기 측정기를 구비하고 있지 않은 레이저 가공 장치에 대해서 설명하였지만, 예컨대 촬상 수단(6)으로부터의 화상 정보를 면 거칠기 측정기에 전달하여, 면 거칠기를 스스로 측정할 수 있는 레이저 가공 장치로서 구성하여도 좋다.
1: 레이저 가공 장치 2: 정지 베이스
3: 척 테이블 기구 36: 척 테이블
37: 가공 이송 수단 374: X축 방향 위치 검출 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단 384: Y축 방향 위치 검출 수단
4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛 52: 레이저 광선 조사 수단
522: 펄스 레이저 광선 발진 수단 523: 출력 조정 수단
524: 집광기 53: 집광점 위치 조정 수단
6: 촬상 수단 8: 제어 수단
10: 반도체 웨이퍼 F: 환형의 프레임
T: 다이싱 테이프

Claims (2)

  1. 표면에 격자형으로 형성된 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 내부에, 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 웨이퍼의 가공 방법으로서,
    웨이퍼의 이면에서의 스트리트에 대응하는 영역의 면 거칠기를 계측하여, 면 거칠기맵을 작성하는 면 거칠기맵 작성 공정과,
    웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 스트리트를 따라 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정
    을 포함하고,
    상기 개질층 형성 공정은, 상기 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 참조하여, 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
  2. 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)과 직교하는 인덱싱 이송 방향으로 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 척 테이블의 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단과, 상기 X축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Y축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 레이저 광선 조사 수단에 장비되며 조사하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 피가공물의 레이저 광선이 조사되는 측의 입사면에서의 가공 영역의 면 거칠기 데이터에 기초한 면 거칠기맵과, 상기 면 거칠기맵과 면 거칠기에 대응하여 미리 설정된 레이저 광선의 적정 출력맵을 기억하는 메모리를 구비하며, 피가공물의 입사면측으로부터 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 가공 영역의 내부에 집광점을 위치시켜 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 때에, 상기 면 거칠기맵과 상기 적정 출력맵을 참조하여 상기 출력 조정 수단을 제어하여 조사하는 레이저 광선의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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